Quelle: Universität des Saarlandes.

18. Januar 2022 – Das Programm am 26. Januar 2022 wird in der Aula der Universität des Saarlandes aufgezeichnet und von 14:00 bis 16:15 Uhr live gestreamt. Den Livestream kann man auch noch nach der Veranstaltung hier auf dem Youtube-Kanal der Universität anschauen. Info: www.uni-saarland.de/iss-live .

ESA-Astronaut Matthias Maurer ist nicht nur seiner saarländischen Heimat eng verbunden, er pflegt auch besondere Beziehungen zur Universität des Saarlandes. Daher wurde diese ausgewählt für eine 20-minütige Live-Schalte zur Internationalen Raumstation ISS, bei der Matthias Maurer am 26. Januar ab 15:30 Uhr von seiner aktuellen Forschungstätigkeit berichten wird. Die Fragen dazu werden Ministerpräsident Tobias Hans, Universitätspräsident Manfred Schmitt und Professor Frank Mücklich in der Aula der Universität stellen. Von dort werden auch die Vorträge zur Weltraumforschung per Videoaufzeichnung live übertragen, coronabedingt wird die Veranstaltung ausschließlich online angeboten.

Bereits um 14 Uhr starten die jeweils zehnminütigen Vorträge, die von Jürgen Rinner moderiert und durch Fragen begleitet werden. Sie geben auf allgemeinverständliche Weise einen Einblick in die Weltraumforschung an der Universität des Saarlandes und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI). Zudem führen Vertreter des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und der Europäischen Weltraumbehörde ESA in die „Cosmic Kiss“-Mission von Matthias Maurer ein und stellen die Erd- und Umweltbeobachtung vor.

Informationen zu den Vorträgen zur Weltraumforschung:
Bei Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes, hat Matthias Maurer sein Diplom abgelegt. Die beiden blieben in Kontakt und tauschten sich immer wieder über materialwissenschaftliche Fragestellungen aus. Ein glücklicher Zufall führte dazu, dass Professor Mücklich im Rahmen eines ESA-Projektes im August 2021 Materialproben auf die ISS schicken konnte, die nun in verschiedenen Experimenten von Matthias Maurer persönlich betreut werden. Dabei geht es um neuartige Oberflächen gegen Bakterien, die auch auf der Weltraumstation ISS zum Problem werden können, wenn Astronauten wie Matthias Maurer über Monate isoliert von der Erde dort leben. Über häufig kontaktierte Oberflächen können sich die Bakterien vermehren und innerhalb der Raumstation ausbreiten. Um dies zu unterbinden, haben Frank Mücklich und sein Team verschiedene Materialoberflächen mit Lasern auf Mikroebene strukturiert. Damit wird den Bakterien die Anhaftung an den Oberflächen erschwert.

Das Team um Ralf Busch, Professor für Metallische Werkstoffe, hat bereits 2020 die Zusage der Europäischen Raumfahrtagentur ESA erhalten, dass auch sie an Bord der ISS experimentieren dürfen. Die Spezialisten für „metallisches Glas“ wollen eine neu entwickelte Legierung unter Schwerelosigkeit untersuchen. Metallische Gläser zeichnen sich durch ihre spezielle Zusammensetzung auf atomarer Ebene aus. Die heiße Metallschmelze wird blitzartig abgekühlt, so dass keine klassische Legierung entsteht, deren Atome sich während des lang andauernden Abkühlens in einem regelmäßigen Kristallgitter anordnen.

Holger Hermanns, Informatik-Professor der Universität des Saarlandes, beschäftigt sich mit Nano-Satelliten, die ungefähr so groß wie ein Schuhkarton sind und hochtechnisiert bald zu Zehntausenden in der Erdumlaufbahn herumfliegen. Diese können zum Beispiel hochauflösende Fotos unseres Planeten schießen oder Telekommunikationsnetzwerke verstärken. Das kostet jedoch Energie und diese Ressource ist bei den kompakten Hightech-Geräten knapp. Holger Hermanns zeigt, wie der Energieverbrauch von Nano-Satelliten so geplant werden kann, dass sie stets optimal arbeiten, ohne ihre Batterien jemals zu überlasten. Der Informatik-Professor bietet zudem jedes Jahr eine spezielle Weltraumvorlesung zum Thema „Space Informatics“ an.

Daneben gibt es jetzt eine weitere regelmäßige Weltraumvorlesung an der Universität des Saarlandes und zwar zur Weltraummedizin, die nicht nur Medizin-Studierenden offensteht. Sie wird von Bergita Ganse angeboten, die seit einem Jahr Professorin für Innovative Implantatentwicklung der Universität des Saarlandes ist und sich schon viel länger für alles, was mit dem Weltraum zusammenhängt, begeistert. Gemeinsam mit ihrem Bruder, einem Astrophysiker, hat sie „Das kleine Handbuch für angehende Raumfahrer“ geschrieben, das sich an ein junges Publikum richtet. Am 26. Januar wird sie von ihrer Muskelforschung auf der ISS berichten, die sie zusammen mit nationalen und internationalen Partnern betreibt. Beim Aufenthalt in der Schwerelosigkeit kommt es bereits nach kurzer Zeit zu einem deutlichen Verlust an Muskelmasse und Muskelkraft, einem Abbau der Knochen sowie zu Veränderungen der Bandscheiben. Für zukünftige Langzeitmissionen, zum Beispiel zum Mars, sucht die Forscherin nach Gegenmaßnahmen und verbesserten Trainingsmethoden.

Volker Schmid ist ESA-Delegierter und „Cosmic Kiss“-Missionsleiter im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLF) in Bonn. Er wird in seinem Vortrag zum Thema „Cosmic Kiss – Matthias Maurer auf der ISS“ erläutern, wie sich der ESA-Astronaut auf die Weltraummission vorbereitet hat. Zudem wird er auf einige der hundert wissenschaftlichen Experimente eingehen, die von Matthias Maurer auf der ISS betreut werden, darunter sind 36 mit deutscher Beteiligung. Ihr Spektrum reicht von der Grundlagenforschung bis hin zur Anwendung in Bereichen wie Lebenswissenschaften, Materialwissenschaft, Physik, Biologie, Medizin, Technologieentwicklung und Künstliche Intelligenz sowie Erdbeobachtung.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA wird von Pascal Gilles, Abteilungsleiter in der Direktion für Erdbeobachtung, präsentiert. Er wird auf die Erd- und Umweltbeobachtung aus dem All eingehen, die von der ESA bereits seit 1977 betrieben wird. Zuerst stand die Wetterbeobachtung durch die Satelliten der Meteosat-Reihe im Mittelpunkt, inzwischen liefern auch die Satelliten ERS-1, ERS-2 und Envisat eine Fülle wertvoller Daten über die Erde, das Klima und die sich wandelnde Umwelt. Sie helfen Wissenschaftlern dabei, die Auswirkungen der globalen Erwärmung besser vorhersagen zu können. Der Europäischen Weltraumbehörde ESA gehören 22 Mitgliedstaaten in Europa sowie weitere assoziierte Mitglieder an.

Um Künstliche Intelligenz in der Erdbeobachtung wird es in dem abschließenden Vortrag von Philipp Slusallek gehen. Der Informatik-Professor und wissenschaftliche Direktor am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) zeigt, wie der Einsatz von KI dem gesamten Spektrum der Raumfahrt neue Möglichkeiten eröffnen. So kann das Wissen aus den enormen Datenströmen, die Erdbeobachtungssatelliten ebenso wie Sonden in unserem Sonnensystem liefern, besser extrahiert werden. Zudem kann damit die Autonomie und Zuverlässigkeit von Satelliten gesteigert werden. Um neue KI-Technologien und -Anwendungen für den Einsatz in der zivilen Raumfahrt zu entwickeln, haben die Europäische Weltraumorganisation ESA und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) im vergangenen Jahr ein gemeinsames Forschungslabor, das ESA_Lab@DFKI, gegründet.

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• Matthias Maurer auf ISS Expedition 66 67

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Quelle: Universität des Saarlandes.

26. August 2021 – Bakterien könnten im All zum Problem werden. Wie auf der Erde besiedeln Mikroorganismen auch die hier vom Menschen geschaffenen Lebensräume. Sie können mit Versorgungslieferungen an Bord kommen, aber vor allem stammen sie von den Menschen selbst, die von Natur aus mehr Bakterien auf und im Körper beherbergen als eigene Zellen. Auf der ISS waren bislang fast 250 Astronautinnen und Astronauten. Da kommt auch im Mikrokosmos einiges zusammen. Auf Griffen, Hebeln, Knöpfen, überall können sich Bakterien ansiedeln und Biofilme bilden, eine Schleimschicht, in deren Schutz sie beste Bedingungen haben. Die allermeisten der Bakterien sind harmlos. Es könnten aber auch gefährliche darunter sein, die die Situation im All ausnutzen: Das Immunsystem auch der fittesten Raumfahrerinnen und Raumfahrer wird in der Schwerelosigkeit schwächer. Die Mutationsrate der Bakterien hingegen ist durch die energiereiche Strahlung im Weltall höher.

„Wir entwickeln verschiedene neuartige Oberflächen, die verhindern, dass sich solche Biofilme bilden“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. „Ziel ist, dass sich bei Weltraummissionen innerhalb der Raumstation keine Keime ausbreiten, die etwa durch die erhöhte Strahlenbelastung im isolierten Umfeld auch stärker mutieren könnten. Dies ist wichtig vor allem auch mit Blick auf die Zukunft, wenn Astronautinnen und Astronauten noch viel länger als bisher im Weltraum bleiben sollen, wie bei einem bemannten Flug zum Mars“, erklärt der Materialwissenschaftler.

Mikroorganismen können gefährlich werden für die Menschen an Bord, aber auch für die technischen Systeme: „Die Biofilme können zum Beispiel lebenswichtige Kondensatleitungen verstopfen, aber auch Materialschäden herbeiführen und so die Funktionsfähigkeit der sensiblen Technik gefährden. Bakterien bringen auf Oberflächen auch chemische Prozesse in Gang, die dazu führen, dass das Material korrodiert“, erläutert Mücklich. Auch auf der Erde könnten diese neuartigen Oberflächen helfen, den Bakterien das Leben schwerer zu machen: wie in Krankenhäusern oder Schulen, auf viel genutzten Türklinken und überall, wo viele Menschen die gleichen Dinge anfassen und benutzen. „Materialien, die für die Raumfahrt entwickelt wurden, führen oft zu Innovationen auch für den täglichen Gebrauch. Über den Vergleich der Wirkung der Mikrogravitation auf der ISS und unserer Gravitation auf der Erde lernen wir systematisch mehr über das mögliche Reaktionsspektrum der Bakterien“, sagt er.

In mehreren Forschungsprojekten forschen Mücklich und sein Team an neuen, antimikrobiellen Oberflächen. Bereits 2019 hatten sie gemeinsam mit der US-Weltraumbehörde NASA und dem MIT in Boston mehrere Probenserien laserstrukturierter Materialoberflächen zur ISS geschickt. Am 28. August treten jetzt zahlreiche Proben ihren Weg ins All an, bei denen Mücklich mit der europäischen Weltraumagentur ESA und dem Team von Professor Ralf Möller vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR zusammenarbeitet.

Für diese Mission haben die Forscherinnen und Forscher mit einer neuartigen Lasertechnik auf der Mikroebene der Oberflächen von Kupfer-, Messing- und Stahl-Proben mikroskopisch feine, periodische Strukturen „eingraviert“. „Wir verändern mit Laserinterferenz-Technologie gezielt die Mikrotopographie der Oberflächen – de facto ´ohne Chemie´. So wollen wir herausfinden, ob und wie Keime sich darauf in der Schwerelosigkeit ansiedeln und wie eine nanometergenaue Laserstrukturierung in Kombination mit antimikrobiellen Eigenschaften verhindern kann, dass sich Bakterienstämme ausbreiten“, erklärt Mücklich.

Mit seinem Team entwickelt er seit 15 Jahren die Laserinterferenz-Technologie (Direct Laser Interference Patterning -DLIP), die er zur Marktreife gebracht hat. Sie macht es möglich, mikroskopisch feine, dreidimensionale Muster zu erzeugen. „Diese Muster haben eine Dimension von wenigen Mikro- bis einigen hundert Nanometern“, sagt er. Bei den mikrostrukturierten Oberflächen der Proben, die sein Team jetzt ins All schickt, handelt es sich einmal um eine Art „Nagelbrett“ von Submikrometergröße, das es Bakterien schwer machen soll, anzudocken. Weitere haben eine Mulden-Struktur von vielen aneinandergereihten „Sesseln“ im Mikrometer-Maßstab, die es erleichtern soll, Bakterien, die hier sehr gut Platznehmen können, durch maximalen Oberflächenkontakt mit Kupfer-Ionen abzutöten. Und die Dritte Art der Oberflächen haben die Forscherinnen und Forscher so bearbeitet, dass sie absolut glatt sind und als Referenz dienen.

Insgesamt sind es 230 Proben, die jetzt an Bord des SpaceX-Versorgungsfluges zur ISS starten; jeweils rund 30 der drei verschiedenen Mikro-Strukturtypen – Nagelbrett, Sessel und glatt – auf jeweils drei metallischen Materialien: auf reinem Kupfer, auf dem Bakterien durch die Kupfer-Ionen nach kurzer Zeit absterben, auf einer Kupfer-Zink-Legierung, allen bekannt als Messing, und auf reinem Edelstahl, das keinen chemischen Einfluss haben sollte. ESA-Astronaut Mathias Maurer wird nach seiner Ankunft auf der ISS Ende Oktober das Forschungsprojekt betreuen. Maurer hat an der Universität des Saarlandes Materialwissenschaft studiert und bei Frank Mücklich seine Diplomarbeit geschrieben. Auf der ISS wird er Experimente mit den 230 Probenträgern ausführen, und diese mit unterschiedlichen Bakterienstämmen besiedeln.

Nach Abschluss der Experimente werden die Proben materialwissenschaftlich von den Forscherinnen und Forschern an der Universität des Saarlandes und astrobiologisch am DLR untersucht. Es geht darum, herauszufinden, welche Oberflächen-Laserstrukturierung durch DLIP in welcher Größenordnung unter den Weltraumbedingungen auf der ISS wie Schwerelosigkeit, Mikrogravitation und Strahlung am wirksamsten ist.
Matthias Maurer wird im Rahmen seiner „Cosmic Kiss“-Mission auch bei weiteren Experimenten mit dem Forscherteam um Frank Mücklich zusammenarbeiten.

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